Криогенные температуры

ЗМІСТ

ВСТУП………………………………………………………………………………………………………………………3

Розділ 1. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ………………………………………………………………………………….5

1. Уявлення про температуру……………………………………………………………….5
2. Криогенні температури…………………………………………………………………..10
3. Історична довідка……………………………………………………………………………13

Розділ 2. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ ЗДОБУТТЯ І ЗАСТОСУВАННЯ КРИОГЕННИХ                ТЕМПЕРАТУР…………………………………………………………………………………………………………20

2.1. Методи здобуття………………………………………………………………………………..20

2.2. Області застосування…………………………………………………………………………25

ВИСНОВКИ…………………………………………………………………………………………………………….29

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ………………………………………………………………….32

ВСТУП

У наш час кажучи про температуру ми розуміємо це як відчуття холоду чи тепла. Можемо сказати яке з тіл холодніше чи тепліше. Але саме поняття «температура» дуже відносне. З точки зору фізики, температура (від лат. temperatura — належне змішування, нормальний стан) — фізична величина, яка описує здатність макроскопічної системи (тіла), що знаходиться в стані термодинамічної рівноваги, до передачі тепла іншим тілам.

Поняттям «температура» ми часто  користуємося в повсякденному житті. «Треба подивитися, скільки градусів на вулиці, щоб знати, як одягтися», - говоримо ми. Або: «Не захворів ваша дитина? Виміряйте йому температуру ». І кожен добре розуміє, що означають ці слова.

Температура пов'язана з хаотичним рухом молекул. Це знав видатний російський вчений М. В. Ломоносов. У своїй роботі «Роздуми про причину тепла і холоду» він писав:

«Дуже добре відомо, що теплота  порушується рухом: від взаємного  тертя руки зігріваються; дерево спалахує полум'ям; при ударі кременя про  кресало з'являються іскри; залізо розжарюється від проковування частими і сильними ударами, а якщо їх припинити, то теплота зменшується ... З цього всього абсолютно очевидно, що достатня підстава теплоти полягає в русі. А так як рух не може відбуватися без матерії, то необхідно, щоб достатня підстава теплоти полягало в русі якоїсь матерії.

І хоча в гарячих тілах здебільшого  на вигляд не помітно будь-якого  руху, таке все-таки дуже часто виявляється  по виробленим дій. Так, залізо, нагріте  майже до розжарювання, здається віч-на-віч перебувають у спокої, а проте одні тіла, присунуті до неї, вона плавить, інші перетворює на пар; тобто, приводячи частки їх у рух, воно тим самим показує, що і в ньому є рух якийсь матерії. Адже не можна заперечувати існування руху там, де воно не видно: хто справді буде заперечувати, що коли через ліс проноситься сильний вітер, то листя і сучки дерев колишатся, хоча при розгляданні здалеку і не видно руху. Точно так само, як тут внаслідок відстані, так і в теплих тілах внаслідок малості частинок рухається матерії рух вислизає від погляду ».

Ломоносов впритул підійшов до поняття  абсолютного нуля. Він стверджував: «... неможлива вища і остання ступінь теплоти як руху. Навпаки, те ж саме рух може настільки зменшитися, що тіло досягає нарешті стану досконалого спокою і ніяке подальше зменшення руху неможливо. Отже, за необхідності повинна існувати найбільша і остання ступінь холоду, яка повинна складатися в повному припиненні ... руху частинок ».

Саме про температури наближені  до абсолютного нуля і йде мова у моїй курсовій роботі. А точніше, про методи здобуття та застосування низьких температур.  Низькими температурами вважають температури, які знаходяться нижче точки кипіння рідкого гелію.

Методи здобуття низьких температур:

• Випаровування рідин;
• Дроселювання. Ефект Джоуля-Томсона;
• Розширення зі здійсненням зовнішньої роботи;
• Ефект Пельтьє;
• Кріостат розчинення.

Низькі температури застосовують у медицині, вивченні конденсованого стану, у ядерній фізиці, квантовій  електроніці, сприяли створенню  квантової теорії твердого тіла, також пов’язані з додатками надпровідності.

Розділ 1. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ

1. Уявлення про температуру

Вже з раннього дитинства ми знайомимось  з відчуттям теплоти чи холоду і привикаємо описувати ці відчуття за допомогою таких прикметників,  як " холодний ", "прохолодний", "кімнатної температури"  і так далі. Коли ми торкаємося якогось предмету, ми використовуємо своє відчуття температури, щоб приписати предмету властивість, яка називається температурою.  Ця властивість визначає властивість , яку ми відчуваємо при торканні, - тепло чи холод. Чим гарячіший для нас предмет, тим його температура вища. Ця процедура грає ту ж саму роль в якісній фізиці, що і "оцінка на глаз" маси тіла по визваному ним відчуттю тяжкості. Та для оцінки маси предмету ми спочатку повинні прийти до поняття маси шляхом проведення якихось вимірювань за допомогою такого  прибору, як ваги. Ці дії виконуються без залучення чуттєвих відчуттів, зв’язаних з напруженими мускулами чи неприємними відчуттями, супроводжуючими різкий поштовх.  Аналогічне кількісне визначення температури передбачає попереднє проведення деяких операцій, незалежних від чуттєвого сприйняття тепла чи холоду і включаючи вимірювання яких-небудь величин. 

Температура - це досить важлива характеристика термодинамічної системи. Вона визначає ступінь нагрітості тіл і є мірою інтенсивності теплового руху.

Внутрішні параметри системи поділяються  на інтенсивні та екстенсивні. Параметри  термодинамічної системи, які не залежать від маси або числа частинок в системі, називають інтенсивними.

Температура виражає стан внутрішнього руху рівноважної системи незалежно від кількості частинок в них.

Тому температура є інтенсивним  параметром. І в цьому розумінні вона є мірою інтенсивності теплового руху.

Ексенсивні термодинамічні параметри - це параметри, які пропорційні масі або числу частинок даної термодинамічної  системи.

Їхнє значення дорівнює сумі значень  таких самих параметрів окремих  частин системи. До таких параметрів належать об’єм, енергія та інші.

Стан певних простих систем може бути визначено шляхом вимірювання  величини одної фізичної характеристики. Розглянемо, наприклад, рідину – нехай це буде ртуть або спирт, - укладену у тонкостінну колбочку, яка сполучена з вузькою трубкою,  чи капіляром як показано на рис.1.1, а. Стан цієї системи задається довжиною стовпа рідини, відлічуваної від довільно вибраної точки. Довжина L називається координатою стану. Друга проста система, показана на рис.1.1, б, являє собою тонкостінну посудину, яка містить газ. Об’єм газу залишається сталим, і координатою стану є тиск P, відлічуваний з будь-якого звичайного датчика тиску.

Рисунок 1.1. а - система, стан якої характеризується величиною L; б - система, стан якої характеризується  величиною P.

Позначимо буквою А систему, включаючу  рідину в капілярі з координатою стану L, і буквою В систему з газом при постійному об’ємі з координатою Р. Якщо систему А і В привести до теплового контакту, то їх координати стану зміняться. Однак, коли А і В розділені, зміни проходять повільніше, а якщо їх розділяє товста стінка з різних матеріалів, таких, як дерево, пластмаса, повсть, азбест, то значення відповідних координат стану L і P не залежать один від одного. Узагальнюючи такі спостереження, мі можемо постулювати наявність деякого ідеального поділяючого середовища,  названого  адіабатичною стінкою. Коли адіабатична стінка використовується для поділу двох систем, координати їх стану можуть змінюватися незалежно в широких межах. Звичайно, адіабатична стінка є деяким ідеалом, який не може бути в точності здійснений, але до якого можна достатньо близько підійти. На рис.1.2, а вона зображена у вигляді широкої області з косою штриховкою.

Рис.1.2. 1Система А, являє собою стовп рідини, і система В - газ при постійному об’ємі - розділені адіабатичною стінкою (а) і діатермічною стінкою (б) В цьому ж випадку, коли А і В знаходяться у доброму тепловому контакті чи розділені тонкою металевою перегородкою, їх координати стану змінюються. Стінка, через яку система може впливати на другу, називається діатермічною. Наприклад, тонкий мідний лист являє собою найбільш часто зустрічається на практиці діатермічну стінку. На рис.1.2, б діатермічна стінка зображена у вигляді тонко закресленої області. Коли системи А і В доторкаються через діатермічну стінку, їх координати L і P змінюються до деяких значень. Якщо дві деякі системи поділені діатермічною стінкою, то спільний для обох систем стан, який наступає після встановлення нових значень координат, називається термічною рівновагою.

Уявимо собі дві системи А  і В, розділені адіабатичною стінкою, але нехай кожна з них знаходиться  у контакті з третьою системою С через діатермічну стінку. Нехай також усі три системи укладені в адіабатичну оболонку, як показано на рис.1.3, а. Експеримент показує, що перші дві системи приходять до термічної рівноваги з третьою і що ніяких змін після цього вже не відбувається, якщо адіабатичну стінку, поділяючу А і В, замінити діатермічною рис.1.3, б. Якщо замість цього, щоб дозволити обом системам А і В одночасно приходити у стан рівноваги з системою С, ми спочатку встановим рівновагу між А і С, а потім між В і С і якщо при цьому в обох випадках стан системи С буде однаковим, то при приведенні в контакт систем А і В через діатермічну стінку виявиться, що вони знаходяться в термічній рівновазі.

Ці експериментальні факти можуть бути коротко сформульовані в  наступному вигляді: дві системи, знаходяться у термічній рівновазі з третьою, знаходяться у рівновазі між собою. Слідуючи Р.Х. Фаулеру, ми будемо називати цей постулат нульовим законом термодинаміки. З першого погляду може здатися, що нульовий закон очевидний, але це не так. Шматок бурштину А, який потерли шерстю, буде притягувати нейтральну кульку бузини С. так само буде вести себе і другий шматок бурштину В, але два шматка бурштину не будуть притягуватися один до одного.

Коли дві системи А і В  вперше приводяться в контакт  через діатермічну стінку, вони можуть бути чи не бути в тепловій рівновазі. Виникає питання: яка ж причина  визначає, чи знаходяться вони в  тепловій рівновазі чи ні? Експеримент показує, що ні маса, ні густина, ні модуль пружності, ні електричний заряд, ні магнітний стан – фактично ні одна з величин, істотних в механіці, електриці та магнетизмі, - не грають тут визначальної ролі. Звідси ми робимо висновок, що існує нова властивість, яке називається температура. Саме температура системи являється тою властивістю, яка визначає, чи буде ця система знаходитись у термічній рівновазі з іншими системами. Коли дві чи більше систем знаходяться в термічній рівновазі, то говорять, що вони мають однакову температуру.

Рис.1.3. 1Нульовий закон термодинаміки.

Температура всіх систем, які знаходяться  в термічній рівновазі, може бути виражена деяким числом. Встановлення температурної шкали – це просто поняття ряду правил приписування числових значень температурам. Після цього єдиною умовою наявності термічної рівноваги між двома системами є рівність їх температур. І навпаки, якщо температури різняться, мі можемо бути впевнені, що системи не знаходяться в термічній рівновазі.

У попередньому наглядному описі поняття  температури підкреслювалася та фундаментальна ідея, що температура  системи є величиною, яка набуває  однакове значення для всіх систем, коли вони приведені у контакт  чи розділені тонкими металічними  стінками всередині об’єму з товстими стінками із азбесту. Таке поняття про  температуру достатньо ідентично  сприйманому на основі життєвого  досвіду уявленню про температуру  як про міру «нагрітості»  системи. Справді, з тою самою точністю, з якою ми можемо покладатися на наші відчуття, ми знаємо, що степінь нагріву всіх тіл стає однаковою, якщо вони достатньо довгий час були разом. На цій основі потрібно поговорити про прилад, яким можна було б виміряти температуру.

2. Криогенні температури

Криогенні  температури -  зазвичай температури, що лежать нижче точки кипіння рідкого повітря (близько 80К). Згідно рекомендації, прийнятої 13-м конгресом Міжнародного  інституту холоду (1971), криогенними температурами слід називати температури нижче 120 К.

           Для отримання та підтримання низьких температур зазвичай використовують зріджені гази (холодоагенти). У посудині Дьюара, що містить скраплений газ, що випаровується під атмосферним тиском, досить добре підтримується постійна температуpa Тн кипіння холодоагента. Практично застосовують наступні холодоагенти: повітря (Тн »80 К), азот (Tн = 77,4 К), неон (Tн = 27,1 К), водень (Tн = 20,4 К), гелій (Тн = 4,2 К). Для отримання рідких газів служать спеціальні установки – «скраплювачі», в яких брало сильно стиснутий газ при розширенні до звичайного тиску охолоджується і конденсується.

Відкачуючи випаровується газ  з герметичної посудини, можна зменшувати тиск над рідиною і тим самим знижувати температуру її кипіння. Природно або примусово конвекція і добра теплопровідність холодоагенту забезпечують при цьому однорідність температури в усьому об'ємі рідини. Таким шляхом вдається перекрити широкий діапазон температур від 77 до 63 К за допомогою рідкого азоту, від 27 до 24 К - рідкого неону, від 20 до 14 К - рідкого водню, від 4,2 до 1 К - рідкого гелію. Методом відкачування можна отримати температуру нижче потрійної точки холодоагенту. При більш низьких температурах речовина твердне і втрачає свої якості холодоагенту. Проміжні температури, що лежать між зазначеними вище інтервалами, досягаються спеціальними методами. Охолоджуваний об'єкт теплоізолюють  від холодоагенту, поміщаючи його, наприклад,  всередину вакуумної камери, зануреної у зріджений газ. При невеликому контрольованому виділенні теплоти в камері (в ній є електричний  нагрівач) температура досліджуваного об'єкта підвищується в порівнянні з температурою кипіння холодоагенту і може підтримуватися з високою стабільністю на необхідному рівні. У іншому способі отримання проміжних температур охолоджуваний зразок поміщають над поверхнею випаровується холодоагента і регулюють швидкість випаровування рідини нагрівачем. Відведення теплоти від досліджуваного об'єкта тут здійснює потік випаровуючого  газу. Застосовується також метод охолодження, при якому холодний газ, одержуваний при випаровуванні холодоагенту, проходить через теплообмінник, що знаходиться в тепловому контакті з охолоджуваним об'єктом.

Гелій при атмосферному тиску залишається рідким аж до абсолютного нуля температури. Однак при відкачуванні парів рідкого 4Не (природного ізотопу гелію) зазвичай не вдається отримати температуру істотно нижче 1 К, навіть застосовуючи дуже потужні насоси (цьому заважають надзвичайно мала пружність насичений. Парів 4Не і його надтекучість). Відкачуванням парів ізотопу 3Не (Т н == 3,2 К) вдається досягти температур ~ 0,3 К. Область температур нижче 0,3 К називають наднизькими темп-рами. Методом адіабатичного розмагнічування парамагнітних солей вдається досягти температур ~ 10-3 К. <Тим же методом з використанням ядерної парамагнетизму в системі атомних ядер були досягнуті температури ~ 10-6 К. Принципову проблему в методі адіабатичного розмагнічування (втім, і в інших методах отримання низьких температур) становить здійснення хорошого теплового контакту між об'єктом, який охолоджують, і охолоджуючою системою. Особливо це важко досяжною випадку системи атомних ядер. Сукупність ядер атомів можна охолодити до наднизьких температур, але добитися такого ж ступеня охолодження речовини, яка містить ці ядра, не вдається.

Для отримання температур порядку на декілька мК широко користуються більш зручним методом - розчиненням рідкого 3Не в рідкому 4Не. Застосовують для цієї мети рефрижератори розчинення. Їх дія заснована на тому, що 3Не зберігає кінцеву розчинність (близько 6%) в рідкому 4Не аж до абсолютного нуля температури. Тому при зіткненні майже чистого рідкого 3Не з розведеним розчином 3Не в 4Не атоми 3Не переходять у розчин. При цьому поглинається теплота розчинення і температура розчину знижується. Розчинення здійснюється в одному місці приладу (в камері розчинення), а видалення атомів 3Не з розчину шляхом відкачування - в іншому (у камері випаровування). При безперервній циркуляції 3Не, здійснюваної системою насосів і теплообмінників, можна підтримувати в камері розчинення температуру 10 - 30 мК необмежено довго. 3Не можна охолодити ще сильніше, використовуючи ефект Померанчука. Рідкий 3Не твердне при тиску більше 3 х 106 Па. В області температур нижче 0,3 до збільшення тиску (в межах до 3,4 х 106 Па) супроводжується поглинанням теплоти і пониженням температури рівноважної суміші рідкої та твердої фаз (затвердіння йде з поглинанням теплоти). Цим методом були досягнуті температури ~ 1 - 2 мК.

Вимірювання низьких температур первинним приладом для вимірювання термодинамічної температури аж до 1 служить газовий термометр. Іншими варіантами первинного термометра є акустичні і шумовий термометри, дію яких брало засноване на зв'язку термодинамічної температури відповідно зі значенням швидкості звуку в газі і з інтенсивністю теплових флуктуацій напруги в електричному  ланцюзі. Первинні прецизійні термометри використовують в ОСП. для визначення температур легко відтворюваних фазових рівноваг в однокомпонентних системах, які служать опорними температурними точками Міжнародної практичної температурної шкали (МПТШ-68).

Для вимірювання температури від 630,74 ° С до13, 81 К по МПТШ-68 з точністю ~ 0001 К служить платиновий термометр опору. У діапазоні 0,3 - 5,2 К низькотемпературна термометрія основана на залежності тиску насичених парів гелію від температури, встановлюваної газовим термометром. Ця залежність була прийнята в якості міжнародної температурної шкали в області 1,5 - 5,2 К (шкала 4 Не, 1958) і 0,3 - 3,3 К (шкала 3 Не, 1962). Залежність ps (Т) в цих температурних діапазонах не може бути представлена ​​простою аналітичною формулою і тому табулюються, табличні дані забезпечують точність визначення температури до тисячної частки К.

3. Історична довідка

Історія про те, як навчилися вимірювати температуру, цікава та незвичайна. Термометри були придумані за багато років до того як люди зрозуміли, що вони вимірюють.

Вимірюючи кути на небі, довжини на землі чи час, люди добре розуміли, про що йде мова. Про температуру  такого сказати не можна було. Температура  зв’язана з дуже не визначеним поняттям теплоти чи холоду.

Античні учені і схоласти середньовіччя  зіставляли з теплом і холодом  властивості притягування і відштовхування. Зрозуміло, що таке визначення мало що могло пояснити.

Мабуть, древні лікарі були першими, кому насправді знадобилася шкала  теплоти тіла. Лікарі дуже давно помітили, що здоров’я людини якось зв’язане з теплотою його тіла і що ліки можуть змінити цю якість, приносячи з собою тепло або холод. Лікам приписувалось охолоджувальну або зігріваючу дію. Однак холод і тепло не були протилежними якостями – тепло змірялося вологістю, а холод – сухістю. Великий лікар древності Гален вчив, що ліки повинні класифікуватися «градусами»: градус тепло, градус холоду, градус вологості, градус, сухості. Градусів було чотири, і кожен градус ще розбивали на три частини. Таким чином від древніх лікарів залишилась 12-градусна шкала теплової дії ліків.

Так у 1618 році Галілей один із перших хто писав про механічну природу  тіла. Галілей виступав із книгою, названою ним “El Saggiatore” (ваги для зважування золота), в якій він дуже докладно виклав свої погляди на природу фізичних явищ.

В ній він говорить про нагрівання твердих тіл при терті і  приводить інші приклади механічної природи тепла. Однак він не знав, що механічним шляхом можна нагріти не тільки тверді тіла, а й рідину чи, навіть, газ. Крім того, Галілей завжди старався  знайти кількісну міру явища, але його термометри були дуже грубими для кількісних дослідів.

Термометри, які робив Галілей (приблизно 1597р.), складалися із скляного шару, наповненого  повітрям, який був замкнений стовпчиком води. Висота стовпа залежала як від температури, так і від  атмосферного тиску, і вимірювати ним точно було неможливо.

Яким би  не був недосконалий такий термометр, але вже тоді з його допомогою лікар і анатом Сантормо із Падуанського університету почав вимірювати температуру людського тіла.  Для цього він сам, не знаючи про Галілея, побудував схожий термометр. Мистецтво виготовлення термометрів незвично розвинулося в Тоскані, де члени флорентійської академії вперше стали систематично вимірювати тиск, вологість і температуру повітря. Термометри були запаяні, їх заповнювали не водою, а спиртом, і ними модна було вимірювати навіть тоді, коли вода замерзала. Флорентійські майстри біли дуже майстерні. Вони виготовляли скляні термометри, наносячи на них поділки розплавленою емаллю, так, що ними можна було вимірювати температуру з точністю до 1⁰ (по нашій шкалі). Але як це буває після них мистецтво виготовлення термометрів різко упало.

«Академія досліду» була заснована  у Флоренції в 1657році. За двадцять років до цього, в 1636р., Каспар Енс  опублікував книгу «Математичний  чудотворець», в якій була глава «О термометре или Дребблевом инструменте, посредством котрого исследуя градус тепла или холода, находящегося в воздухе». Енсовий твір знаменний в тим, що в ньому описана 8-градусна температурна шкала і в ньому вперше з’явилося слово «термометр». Що стосується «Дребблева инструмента»,  то мова шла про термометри, виготовлені співвітчизником Галілея Корнелієм Дребблом.

Не можна пройти мимо роботи Ньютона  «Про шкалу степенів тепла і холоду», опублікованої в 1701році, в якій описана 12-градусна шкала, аналогічна шкалі древніх медиків. Нуль він помістив там же, де поміщаємо ми його зараз – в точці замерзання води, а 12⁰ відповідали температурі здорової людини.

Знадобилось іще не мало часу,поки прийшли до думки про постійні точки на шкалі температур. Лише в 1703 році Гійом Амонтан описав в  мемуарах Паризької академії новий термометр. В цьому термометрі вимірювалось не збільшення об’єму  повітря при нагріванні, а зміною його тиску, для чого повітря замикалося стовпом ртуті. В новому термометрі Амонтан ввів постійні токи відліку – точку кипіння води (він не знав ще що ця температура залежить від тиску) і, як це не дивно, вибрав в якості нуля «ту значну степінь холоду», при якій повітря втрачає свою пружність. Свій «абсолютний нуль» він вибрав зі значною похибкою, поміщаючи його по сучасній шкалі приблизно на 240⁰ нижче нуля, але все ж це було не мале досягнення. До кінця своєї діяльності Амонтан збудував повністю заповнений термометр, зробивши його, нарешті, зовсім не залежним від атмосферного тиску.

Перший сучасний термометр був  описаний в 1724 році Даніелем Фаренгейтом, склодувом із Голландії. Сучасників здивувало, що спиртові термометри, виготовлені Фаренгейтом,  узгоджувалися між собою. Секрет Фаренгейта був просто у тому, що він дуже акуратно наносив поділки на шкалу, використовуючи для цього дві постійні точки. Найнижчу температуру сурової зими 1709 року він імітував сумішшю льоду, кухонної солі та нашатирного спирту. Другу точку він отримав, занурюючи термометр в суміш льоду і води. Відстань між цими двома точками Фаренгейт розділив на 32 частини, поділивши кожен відрізок п’ять раз пополам. Свою шкалу він перевіряв, вимірюючи температуру власного  тіла. Нову точку він позначив 96⁰. Пізніше він ввів ще й четверту «опорну» точку – точку кипіння води. Вона лежала при 212⁰.

У Франції увійшла у вжиток шкала  Реомюра (приблизно 1740рік), побудована на точках замерзання(0⁰) води та її кипіння(80⁰). Реомюр із своїх вимірів вивів, що вода розширюється між цими двома точками на 84 тисячних свого об’єму. Спирт був незабаром замінений ртуттю (Демоком), коефіцієнт розширення якої менше змінювався з температурою, ніж у спирту.

Сучасна шкала Цельсія була запропонована  в 1742 році. Шведський фізик чомусь вважав за потрібне перевернути стару шкалу и помістити нуль у точку кипіння води, а 100⁰ – в точку її замерзання. Але «перевернута шкала» не набула популярності і  дуже скоро була «перевернута» на місце.

Інтерес до отримання низьких температур виник не лише з практичних міркувань. Фізиків давно цікавило питання, чи можна перетворити в рідину гази - такі, як повітря, кисень, водень. Початок цієї історії відноситься до 1877 р.

У 1877 р. гірський інженер Кайєте краплі рідкого ацетилену в лабораторному посуді, в якому несподівано відкрилася текти. Різке зниження тиску викликало утворення туману. Майже в ті ж дні Пікте з Женеви повідомив про послідовне, каскадному зниженні різних газів, що завершився отриманням рідкого кисню при температурі -140 градусів за Цельсієм і тиск 320 атмосфер.

Треба ще й згадати Дьюарта. Який в 1898 р. отримав рідкий водень, знизивши температуру приблизно до 129 К. Нарешті в 1908 р. Камерлінг-Оннес в Голландії отримав і рідкий гелій. Температура, яка була їм досягнута, тільки на 1 градус відрізнялася від абсолютного нуля.

У 1939 р. П. Л. Капіца довів велику ефективність сскраплювальних машин, в яких газ здійснює роботу за допомогою турбіни. Турбодетандером отримали з тих пір велике поширення. Він же запропонував і конструкцію ефективної установки для скраплювання гелію.

Наведемо таблицю 100-річного шляху  до абсолютного нуля.

Основні етапи розвитку фізики низьких  температур були пов'язані з зрідження газів, які при кипінні дозволяли проводити вимірювання при температурі рівній температурі кипіння гелію.

У 1898 році Дьюара отримано близько 20 см ³ рідкого водню.

У 1906 році Хейкі Камерлінг-Оннес  налагоджена лінія напівпромислового  отримання рідкого водню, що дає  до 4 л / ч.

У 1908 році Хейкі Камерлінг-Оннес  зумів домогтися конденсації  рідкого гелію в обсязі 60 см ³ (Нобелівська премія з фізики за 1913 рік). Для досвіду знадобилося 20 літрів рідкого водню, отриманого за допомогою лінії, створеної двома роками раніше. Низькі температури, необхідні для конденсації гелію, були досягнуті при адіабатичному дроселюванні водню (див. ефект Джоуля - Томсона).

У 1930 році [2] Віллем Хендрік Кеєзом виявляє наявність фазового переходу в рідкому гелії при температурі 2,17 К і тиску насичених парів 0,005 МПа. Називає фазу, стійку вище 2,17 K гелієм-I, і фазу, стійку нижче 2,17 K гелієм-II. Також спостерігає пов'язані з цим аномалії в теплопровідності (навіть називає гелій-II «сверхтеплопроводним»), теплоємності, плинності гелію.

У 1938 році П. Л. Капіца відкрив надплинність гелію-II (Нобелівська премія з фізики за 1978 рік). Квантовомеханічний пояснення  явища було дано Л. Д. Ландау в 1941 році (Нобелівська премія з фізики за 1962 рік).

У 1948 році вдалося ожіжіть і гелій-3.

У 1972 році в рідкому 3He був також  виявлений фазовий перехід. Пізніше  було експериментально показано, що нижче 2,6 мК і при тиску 34 атм 3He дійсно стає надтекучим.

У 2003 році Нобелівською премією з  фізики відзначені Олексій Олексійович  Абрикосов, Віталій Лазаревич Гінзбург та Ентоні Леггет, в тому числі і  за створення теорії надплинності рідкого гелію-3.

Розділ 2. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ ЗДОБУТТЯ І ЗАСТОСУВАННЯ КРИОГЕННИХ                          ТЕМПЕРАТУР

2.1. Методи здобуття

Випаровування рідин.

Для отримання та підтримки низьких  температур зазвичай використовують зріджені гази. У посудині Дьюара, що містить  скраплений газ, що випаровується під  атмосферним тиском, досить добре  підтримується постійна температура  нормального кипіння холодоагенту. Найбільш часто використовувані  холодоагенти - рідкий азот і рідкий гелій. Раніше використовувалися зріджені водень і кисень зараз використовуються досить рідко через підвищену вибухонебезпечності випарів. Азот ж і гелій практично інертні і небезпеку становить лише різке розширення при переході з рідкого в газоподібний стан.

Знижуючи тиск над вільною поверхнею  рідини можна отримати температуру нижче нормальної точки кипіння цієї рідини. Наприклад, відкачуванням парів азоту можна домогтися температури до температури потрійної точки 63 K, відкачуванням парів водню (над твердою фазою) можна домогтися температури 10 K, відкачуванням парів гелію можна добитися (при дуже хороших умовах проведення експерименту) температури близько 0,7 K.